《[膜結(jié)構(gòu)建筑及膜材料的發(fā)展]膜結(jié)構(gòu)建筑,張拉膜,上海摩》

1、精品文草缸膜結(jié)構(gòu)建筑及膜材料的發(fā)展膜結(jié)構(gòu)建 筑，張拉膜，上海摩隨著北京奧運(yùn)會(huì)及上海世傅會(huì)的順利落幕，其中的大型膜結(jié)構(gòu)建筑給人們留下了深刻的卬象。木文介紹了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外膜結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展及其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，并對(duì)幾類(lèi)主要產(chǎn)品以及不同生產(chǎn)商生產(chǎn)的同類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行了性能對(duì)比，通過(guò)各類(lèi)產(chǎn)品的優(yōu)劣性對(duì)比，期望能為廣大下游用戶(hù)提供一定的參考。thenoticeablemegamembra nestructuresprese ntedi nthebeiji ngxxoly mpicgamesandsha ngheiexpoxxheveundoubtedlyattrectedlotsofatte ntion. de

2、velopmenttrajectoryofmembranesa ndtheapplicati ono fwhichinthearch ductperforma ncesofsomema jorcategoriesmanufacturedbydiffere ntproducerswereparedtofi nalizethes uperioronesforthereferenceofdownstreamusers ?120世紀(jì)膜結(jié)構(gòu)建筑和膜結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展歷程1.1 國(guó)際上膜結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展情況一般認(rèn)為，現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)

3、建筑的出現(xiàn)是從1970年大阪世博會(huì)開(kāi)始 的。 其標(biāo)志性建筑是在該屆世博會(huì)上展出的美國(guó)館，它采用氣承式膜結(jié)構(gòu)建筑，外形近視橢圓形，具體尺寸為140mx83.5mo該展館之所 以在當(dāng)時(shí)受 到矚目，是因?yàn)樗鞘澜缟鲜状纬霈F(xiàn)的現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)建筑，其使用的膜材是玻纖織物涂以聚氯乙烯（pvc）樹(shù)脂，與后來(lái)大量建造的膜結(jié)構(gòu)建筑材 料類(lèi)似。大阪世博會(huì)以后，在20世紀(jì)最后的20年中，膜結(jié)構(gòu)建筑得到了 快 速發(fā)展。當(dāng)時(shí)據(jù)專(zhuān)家估計(jì)，1970 xx年世界上大約己建造了 150座大型 膜結(jié)構(gòu)建筑，其中美國(guó)占有很大的比例。下而是一些具有代表性的膜結(jié)構(gòu)建筑及其所用膜材。1952年沙特阿拉伯建成吉大（jeddah）機(jī)場(chǎng)哈吉（he

4、j）候機(jī)廳，至 今它仍是世界上最大的膜結(jié)構(gòu)建筑，總面積達(dá)到 42萬(wàn)m2,全部使用玻 纖織物涂以聚四氟乙烯 （ptfe）樹(shù)脂，織物而積超過(guò)50萬(wàn)m2。大約xx年左右，美國(guó)建造了丹佛（denver）國(guó)際機(jī)場(chǎng)，采用雙 層玻 纖織物涂以ptfe樹(shù)脂的膜結(jié)構(gòu)建筑，篷而設(shè)計(jì)可透過(guò)光線(xiàn)，使整 個(gè)場(chǎng)所 都有充足的采光，頂篷由鋼制栓柱和纜繩吊住，而積為2萬(wàn)m2。xx年美 國(guó)在亞特蘭大建造的喬治亞圓頂體育館，整個(gè)圓頂采用 纜繩支持，該建 筑首次應(yīng)用于xx年奧運(yùn)會(huì)會(huì)場(chǎng)。1.2 中國(guó)膜結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展情況中國(guó)的膜結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展相對(duì)較晚，xx年在上海建成了容納8萬(wàn)人 的 上海體育場(chǎng)，這是我國(guó)首次將膜結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用到大型體育場(chǎng)

5、上，其 覆蓋 而積為3.61萬(wàn)m2,所用的膜材料全部從國(guó)外進(jìn)口，包插玻纖織 物涂ptfe 樹(shù)脂的膜材料和一些附屬材料，設(shè)計(jì)、施工也依賴(lài)外國(guó)公司。據(jù)了解，其造價(jià)比傳統(tǒng)的建筑要高得多，但其對(duì)我國(guó)膜結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展影響其大。我國(guó)第2個(gè)大型膜結(jié)構(gòu)建筑是青島頤中體育場(chǎng)，總而積為 3萬(wàn)m2, 所采用的膜材料為滌綸工業(yè)絲織造的織物，以 pvc進(jìn)行涂層， 其頂面層 再覆以聚偏氟乙烯層（pvdf）,可容納6萬(wàn)觀(guān)眾。自此以后，膜結(jié)構(gòu)建筑 在我國(guó)得到了迅速發(fā)展，如上海虹口足球場(chǎng)，武漢、關(guān)B州、廣州等一些 城市都紛紛建造了運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館，甚至一些中小城市亦相繼效 仿。除了體育 場(chǎng)館外，如展覽館、會(huì)展中心、水上樂(lè)園、劇場(chǎng)、飛機(jī)

6、 場(chǎng)、加油站等亦 紛紛采用膜結(jié)構(gòu)建筑。2膜結(jié)構(gòu)材料的分類(lèi)及其性能特點(diǎn)根據(jù)以上介紹，20世紀(jì)開(kāi)發(fā)出的膜材基本上都以紡織材料為基材（包括玻璃纖維和滌綸，用以織成織物），表而再加以涂層（或貼 合）。主要有兩大類(lèi)，一類(lèi)是玻璃纖維涂 ptfe樹(shù)脂；另一類(lèi)是滌綸織 物涂pvc 樹(shù)脂，兩種膜材的性能優(yōu)劣如表2所示。下而主要對(duì)這兩種膜材進(jìn)行詳細(xì)分析。（1）以玻纖織物為基材，用ptfe （或硅樹(shù)脂）涂層產(chǎn)品特點(diǎn)這種膜材是由美國(guó)dupont （杜邦）公司和dowcorning （道康寧）公 司首先開(kāi)發(fā)出來(lái)的，其優(yōu)點(diǎn)是膜材的強(qiáng)度高，力學(xué)性能十分優(yōu)異， 同時(shí) 具有很高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性， 防火、不燃、不受紫外線(xiàn)影響

7、，具有很 高的自潔性和耐用性，根據(jù)資料，其使用壽命可達(dá) 25? 30年。這種膜材透光性較好，透光率可達(dá)25%光線(xiàn)柔和，膜材對(duì)太陽(yáng) 光的 反射率可達(dá)70%以上，可減少熱量的傳遞，保持膜結(jié)構(gòu)表而和內(nèi) 部不至 于因陽(yáng)光照射而升溫過(guò)高。在膜結(jié)構(gòu)建筑盛行的早期，也有用玻纖織物涂pvc樹(shù)脂作為膜材 的（如1970年大阪世傅會(huì)上美國(guó)館所使用的），其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格較玻纖 織 物涂ptfe的產(chǎn)品便宜得多，但在性能上有一定的差距，主要體現(xiàn)在自潔 性和使用壽命上。實(shí)際使用這種膜材的相對(duì)較少。主要生產(chǎn)商目前，生產(chǎn)玻纖織物+ ptfe膜材的國(guó)外企業(yè)較多，如美國(guó)的圣戈 班 高功能塑料公司，這是最早進(jìn)入我國(guó)膜材料市場(chǎng)的廠(chǎng)商。除

8、此之外，德國(guó) verseidag公司、日本中興化成匚業(yè)株式會(huì)社、沙特阿拉伯的 obeik汕公 司等也生產(chǎn)這種高品質(zhì)膜材。國(guó)內(nèi)主要有寧波天塔工業(yè)材 料有限公司和 江蘇省維維高分子材料有限公司兩家生產(chǎn)。日木中興化成工業(yè)株式會(huì)社采用的玻纖織物，其玻纖的細(xì)度是目 前最小的，為3 P m稱(chēng)為玻璃纖維b絲；而有的企業(yè)采用6 u m的de絲。 日木中興化工指出：采用細(xì)的玻纖絲，其單位面積的抗拉強(qiáng)度高，耐屈曲牢度好，在受反復(fù)應(yīng)力時(shí)不易疲勞，因此用這種纖維加工的膜結(jié)構(gòu)材料更經(jīng)久耐用。德國(guó)杜肯verseidag近年來(lái)開(kāi)發(fā)了新材料，有高透光 ptfe膜材，透 光率可達(dá)50%同時(shí)具有4500n/5cm的抗拉強(qiáng)度，可用

9、于需要采光 又需 要抗荷載的地方，另外還有吸音膜材、彩色 ptfe膜材、low"節(jié)能膜材 等，在南非世界杯上，約翰內(nèi)斯堡體育場(chǎng)就采用了杜肯的棕色ptfe膜材。寧波天塔公司經(jīng)過(guò)近xx年的努力，自主研發(fā)了永久性 ptfe建筑 膜 材，獲得國(guó)家“86頷目資金的支持，產(chǎn)品己逐步在工程項(xiàng)目上 得到應(yīng)用。(2)以聚酯纖維織物為基材進(jìn)行pvc涂層產(chǎn)品特點(diǎn)這種產(chǎn)品如直接作為膜材，在性能上會(huì)存在很多問(wèn)題，主要在尺 寸 穩(wěn)定性、膜材老化、自潔性能等方面不夠理想。根據(jù)研究，滌綸涂pvc材 料用于充氣結(jié)構(gòu)8年后，由于性能老化，斷裂強(qiáng)度減少 10%以上，而撕 裂強(qiáng)度損失20%? 30%。因此這種涂層織物的性能

10、取決于涂 層材料阻隔 紫外線(xiàn)的性能，為此，涂層時(shí)還必須注意把整個(gè)織物的交 織點(diǎn)都要覆蓋 住。由于聚酯纖維織物經(jīng)過(guò)pvc涂層后，pvc膜容易老化，隨著其中 增 塑劑遷移和紫外線(xiàn)輻射的影響，膜材性能變差，膜而易被沾污而變色,這是該產(chǎn)品一個(gè)致命的問(wèn)題。法國(guó)ferrari （法拉利）技術(shù)織物公 司針對(duì) 這個(gè)問(wèn)題在pvc涂層的表層再覆以 pvdf層，開(kāi)發(fā)出的新產(chǎn)品 稱(chēng)之為 fluotopt,可以將熱能反射掉 70%膜面變色較少，色澤鮮艷，自潔性能提 高，炭黑骯臟試驗(yàn)對(duì)膜幾乎沒(méi)有影響。據(jù)稱(chēng)其自潔性可與 玻纖織物涂ptfe 產(chǎn)品相媲美。聚酯纖維織物經(jīng)過(guò)pvc涂層后，也可采用加上聚氟乙烯 （pvf）而層 解決

11、膜材易老化的問(wèn)題，這種膜材在美國(guó)己流行多年。它是將聚 酯纖維 織物經(jīng)過(guò)pvc涂層后，采用專(zhuān)用粘合劑，將pvf面層粘于表面，其商品名 為tedlar?,對(duì)提高自潔性能也有顯著效果，但手感略硬。聚酯纖維織物涂以含有二氧化鈦 （tio2）的聚氯乙烯膜材，這種 方 法在韓國(guó)應(yīng)用較早，韓國(guó)一些廠(chǎng)商曾來(lái)華作過(guò)宣傳和推銷(xiāo)，據(jù)稱(chēng)也 可大 大改善聚氯乙烯的自潔問(wèn)題，目前在國(guó)際上已得到廣泛應(yīng)用。其 原理是 利用含有tio2的而層在紫外線(xiàn)照射下可將有機(jī)污染物氧化分 解，同時(shí)使膜面生成親水基，使膜而具有優(yōu)異的自潔去污能力，膜面始終保持美觀(guān) 整潔，這是最近幾年開(kāi)發(fā)出來(lái)的新技術(shù)，具有很大的優(yōu)精品文草越性，因此使用而越來(lái)越

12、廣。主要生產(chǎn)商生產(chǎn)這類(lèi)產(chǎn)品的企業(yè)包括？法國(guó)的法拉利技術(shù)織物公司、意大利 naizil （耐馳）公司、美國(guó)seaman公司、德國(guó)的verseidag公司、沙特阿 拉伯obeiken公司、德國(guó)米樂(lè)公司mehlertexnologies等，我國(guó)有浙江錦 達(dá)、北京佳泰、浙江星益達(dá)和上海申達(dá)科寶公司等。其中，德國(guó)米樂(lè)公司在原有的基礎(chǔ)上又開(kāi)發(fā)出了新產(chǎn)品：納米 pvdf 涂層（velmex?）,相較于傳統(tǒng)的pvdf涂層，這種膜材具有更優(yōu) 越的自潔 效果、抗腐蝕能力和抗菌效果；微孔吸音膜材（silesco?）不僅能夠控制噪音，改善空間的音響效果，同時(shí)還保持了膜材的各種物理性能，包括各種強(qiáng)度下的拉伸力、顏色、各

13、種燈光效果的涂層等，為室內(nèi)設(shè)計(jì)師在改善內(nèi)部空間的聲效和美觀(guān)方面提供了更多想象空間和實(shí)現(xiàn)可能；高度自潔膜材（vivex?）采用thv涂層和聚酯織物，具有極易處理和優(yōu)越的耐 用性能。（注：thv涂層是一種聚合物，混合 有四氟乙烯、六氟丙烯、雙 氟亞乙烯，與其他氟塑涂層一樣，具有卓 越的抗污、自潔和易維護(hù)的特 點(diǎn)。）國(guó)內(nèi)的膜材廠(chǎng)家也逐漸成熟，大都引進(jìn)了國(guó)外的先進(jìn)織造和涂覆 設(shè) 備，產(chǎn)品也已應(yīng)用到一些工程上，如北京人大附中體育場(chǎng)、中國(guó)空 軍實(shí) 驗(yàn)室、土耳其安卡拉污水處理廠(chǎng)等設(shè)施與建筑的膜結(jié)構(gòu)就應(yīng)用了 上海申 達(dá)科寶新材料有限公司生產(chǎn)的膜材。（3）其他除了以上兩種主要的膜材外，還有一種是由w.I.gor

14、e公司推出的膨化聚四氟乙烯材料織成的織物（eptfe織物），其商品名為tenaraAo這 種產(chǎn)品是先制造eptfe膜材，然后割裂成眾多的扁絲，并加以捻度 紡成 紗，再織成布，然后再在布的雙而貼上氟聚合物薄膜而成為高質(zhì)量的膜材（全部由氟聚合物組成）。這種膜材曾在國(guó)外一些展覽會(huì)上展出，據(jù)介紹，它們己被應(yīng)用于 沙 特阿拉伯麥迪那先知大教堂上。在教堂廣場(chǎng)上有眾多由這種膜材做 成的 傘，形成傘群，每個(gè)傘的面積為296012。這種膜材透光性能特別 好，用 于膜結(jié)構(gòu)建筑口天可以不用照明，有利于節(jié)能。（4）幾種膜材的性能比較表2是上述幾種膜材透光率的比較。從表2可以看出，goretenara?膜材透光率最高，

15、可達(dá)30%以上， 晴天口天可以不用照明，從而可以節(jié)約能源，而且色澤潔白，十分美 觀(guān)。但據(jù)了解，這種膜材全部采用氟聚合物為原料，制造工藝也較復(fù) 雜，成木較高。因此目前主要考慮玻纖織物涂ptfe和聚酯織物涂pvc樹(shù)脂這兩種膜材?？偨Y(jié)以上分析，要使膜結(jié)構(gòu)建筑經(jīng)久耐用，除了對(duì)膜結(jié)構(gòu)的支撐 體 系要有嚴(yán)格要求外，對(duì)膜材料也要有嚴(yán)格要求。傳統(tǒng)的膜結(jié)構(gòu)材料中，聚酯纖維織物+ pvc涂層類(lèi)膜材在機(jī)械物理性能上要比玻纖織物 + ptfe涂 層差一個(gè)檔次，但在膜材的自潔性方面則明顯有缺陷，耐火 性能也與之 存在差距。為了彌補(bǔ)這些缺陷，必須對(duì)膜材加以表而處理，方法包括聚 酯織物+pvc涂層，再加以pvdf表面涂覆；

16、另一種方法為 聚酯纖維織物+ pvc涂層再用pvf貼膜，當(dāng)然也可在聚酯纖維織物表 而涂以含有tio2的pvc樹(shù)脂，因?yàn)閠io2的光氧化作用可對(duì)有機(jī)物氧化 分解，自潔性較高。 涂覆后其自潔性能甚至可與玻纖織物 +ptfe媲美。在物理機(jī)械性能和自潔性能等方而幾類(lèi)膜材由于存在差距，導(dǎo)致 其 使用壽命等也有所不同。一般認(rèn)為。玻纖織物+ ptfe膜材使用壽命可達(dá)30年以上，而聚 酯 織物+ pvc + pvf或聚酯織物+ pvc + pvdf這兩類(lèi)膜材使用壽命為 12xx 年（pvf的保質(zhì)期比pvdf要稍長(zhǎng)一些）。在幾種膜材的自潔性能方而，玻纖織物 + ptfe為好；其次為聚酯 織 物+ pvc涂層，包

17、才舌聚酯織物+ pvc涂層+ pvdf涂層或聚酯織物+ pvc 涂層+ pvf層壓，聚酯織物+ pvc涂層+ pvdf浸涂則比pvf層壓略 差，但 后者折疊性稍遜一籌。在幾種膜材的防火性能方而，玻纖織物 + ptfe為佳，聚酯織物+ pvf 和聚酯織物+ pvdf都要稍差一些?？傊?，第1類(lèi)膜材是永久性建筑的主要膜材，但各個(gè)廠(chǎng)家生產(chǎn)的 產(chǎn) 品不完全相同，要考察各項(xiàng)力學(xué)性能、自潔性能、透光率等，較細(xì) 纖維 制作的玻纖織物具有更好的力學(xué)性能和耐疲勞性（見(jiàn)文后附表2）;第2類(lèi)膜材各企業(yè)生產(chǎn)的差距很大（見(jiàn)文后附表 2）,主要是由聚酯纖維的差 異引起的。另外，涂層質(zhì)量特別是表層的質(zhì)量問(wèn)題更是 關(guān)注的重點(diǎn)。

18、eptfe織物+ 氟聚合物涂層，其織物基材及貼面材料均為氟化物 ，耐 紫外線(xiàn)性能十分優(yōu)越，且透光率高于其它膜材，但其抗拉強(qiáng)度較前幾種也不多。膜材要差很多，另外，這種膜材是較晚才開(kāi)發(fā)出來(lái)的，成本及價(jià)格很高。目前，國(guó)際上大型建筑很少采用，小型建筑有一些應(yīng)用，但滌綸長(zhǎng)絲織物涂覆pvc后，必須再涂覆表面層以保持表層的美觀(guān) 性 并賦予其更好的性能。目前國(guó)內(nèi)主要以涂pvdf為主，過(guò)去采用的 聚丙烯 酸酯表而涂層耐久性較差，由于紫外線(xiàn)照射2、3年后涂層開(kāi)始減薄，很 快就失去光澤和作用，起不到保持自潔的作用。另外，涂pvdf性能雖好一些，但其與pvc不易粘結(jié)牢固，目前有多種工藝可改善其粘結(jié)性能。杜邦公司則認(rèn)為

19、pvf效果比pvdf更好一些，德國(guó)verseidag公司也認(rèn)同這 一結(jié)論，因此國(guó)外有較多企業(yè)采用。但 pvf不 能涂層，要先做成薄膜， 再用粘合劑貼到pvc的表面，這樣又存在貼 合技術(shù)問(wèn)題，如不能產(chǎn)生氣 泡等，目前己有較多企業(yè)采用這種加 pvf而層的工藝。但如pvc中含有 tio2則膜材的抗污性能可大幅提高，因此這類(lèi)膜材的使用有增多的趨勢(shì)。綜上所述，膜材的選擇是決定膜結(jié)構(gòu)建筑能否取得成功的決定性因素之一，因此，必須認(rèn)真加以對(duì)比分析。3大型場(chǎng)館對(duì)新型膜材的應(yīng)用3.1 北京奧運(yùn)會(huì)20世紀(jì)末、22世紀(jì)初時(shí)，國(guó)際上出現(xiàn)了一些新型膜材，其中之 一 的化學(xué)成分為乙烯？四氟乙烯共聚物即etfe,亦稱(chēng)p40。

20、這種膜材 的特點(diǎn) 是抗剪切機(jī)械強(qiáng)度高、耐低溫沖擊性能好，而且化學(xué)性能穩(wěn)定，耐輻射性能好，英國(guó)為迎接新世紀(jì)到來(lái)而建成的“伊甸園”，就是由 4座穹頂 狀膜結(jié)構(gòu)建筑連接而成的，其采用的覆蓋材料便是 etfe膜結(jié) 構(gòu)材料，由 美國(guó)圣戈班公司生產(chǎn)，據(jù)稱(chēng)其透光率可達(dá) 70%。采用這種膜材建成的建 筑物，白天不用照明，可以大幅度降低能源消耗。且重 量很輕，僅為同 面積玻璃重量的1%,可單獨(dú)使用，使用壽命可達(dá) 25年以上，當(dāng)然也可與 織物等材料復(fù)合，使它具有良好的保溫性。xx年中國(guó)舉辦奧運(yùn)會(huì)，其場(chǎng)館建設(shè)引起了世人的關(guān)注。其所采用的膜結(jié)構(gòu)建筑，無(wú)論從外觀(guān)還是內(nèi)在質(zhì)量上都在膜建筑發(fā)展史上達(dá)到了 一個(gè)新的高度。奧運(yùn)

21、會(huì)主體育場(chǎng)一一鳥(niǎo)巢，采用鋼結(jié)構(gòu)焊結(jié)，外層 緊貼的 就是etfe膜。鳥(niǎo)巢內(nèi)部鋪設(shè)的而積達(dá)到 4.2萬(wàn)m2,看臺(tái)觀(guān)眾 可超過(guò)9萬(wàn) 人。etfe膜具有優(yōu)異的透光性及良好的抗紫外線(xiàn)和自潔功能，用在外層可經(jīng)得起氣候的變化，內(nèi)層則仍用ptfe膜，吸音性能好，聲學(xué)性能優(yōu)異， 有利于高音的傳播，因此一些大型演出可在此舉辦。而游泳館一一水立方，其單元結(jié)構(gòu)為多角形的框架結(jié)構(gòu)，對(duì)于體育場(chǎng)形成全封閉，外表面積達(dá)到10萬(wàn)m2,形成雙層氣枕（ptfe膜制作）和一層etfe膜結(jié)構(gòu)，游泳 館外形由眾多呈立體狀的水泡組成，夜晚時(shí)燈火通明，顯得十分壯觀(guān)。etfe作為膜結(jié)構(gòu)材料，其特點(diǎn)是中間沒(méi)有任何織物作骨架材料而 直 接用塑料膜，這種膜材強(qiáng)度較高，而貼附而又直接是鋼架。兩個(gè)體 育場(chǎng) 通過(guò)北京奧運(yùn)會(huì)的實(shí)際使用，證明效果十分理想，不但在奧運(yùn)會(huì) 期間得 到全國(guó)和全世界人民的贊譽(yù)，而且在奧運(yùn)會(huì)以后，兩個(gè)場(chǎng)館仍 不斷接納 各種運(yùn)動(dòng)會(huì)和其它活